В состав атф входит: АТФ и другие органические соединения клетки — урок. Биология, 9 класс.

Синтез атф

1. синтез белка

2. передача наследственной информации

4. фагоцитоз

57. АТФ синтезируется НЕ в митохондриях у

1. амебы

2. эвглены

3. инфузории

4. бактерии

58. Одновременно входит в состав костной ткани и АТФ

1. калий

2. фосфор

3. кальций

4. цинк

59. Из перечисленных химических элементов в клетках в наименьшем количестве содержится

1. сера

2. кислород

3. углерод

4. водород

60. Полярность молекулы воды определяет ее

1. теплопроводность

2. теплоемкость

3. способность к диффузии

4. способность растворять полярные соединения

61. У детей развивается рахит при недостатке

1. марганца и железа

2. кальция и фосфора

3. меди и цинка

4. серы и азота

62. Содержание воды в клетке составляет в среднем от ее массы

1. 70-80%

2. 50-60%

3. 80-90%

4. 90-95%

63. Железо входит в состав

1. АТФ

2. РНК

3. гемоглобина

4. хлорофилла

64. Биополимером НЕ является

1. РНК

2. фруктоза

3. ДНК

4. крахмал

65. Запасным углеводом в клетках печени человека является

1. целлюлоза

2. крахмал

3. глюкоза

4. гликоген

66. Веществом растительного происхождения является

1. вискоза

2. гемоглобин

3. инсулин

4. сахароза

67. Основным источником энергии для новорожденных млекопитающих является

1. глюкоза

2. крахмал

3. гликоген

4. лактоза

68. Из аминокислот НЕ построена молекула

1. гемоглобина

2. инсулина

3. гликогена

4. альбумина

69. В клетках животных незаменимые аминокислоты

1. синтезируются в самих клетках

2. поступают вместе с пищей

3. поступают вместе с витаминами

4. поступают с водой

70. Состав нуклеотида ДНК

1. рибоза, остаток фосфорной кислоты, тимин

2. фосфорная кислота, урацил, дезоксирибоза

3. остаток фосфорной кислоты, дезоксирибоза, аденин

4. остаток фосфорной кислоты, рибоза, гуанин

71. Мономерами ДНК и РНК являются

1. азотистые основания

2. дезоксирибоза и рибоза

3. азотистые основания и фосфатные группы

4. нуклеотиды

72. К месту трансляции аминокислоты доставляются

1. т-РНК

2. и-РНК

3. р-РНК

4. ДНК

73. Правильным утверждением является

1. АТФ – производное тиминового нуклеотида и фосфорной кислоты

2. в молекуле АТФ два остатка фосфорной кислоты

3. в процессе фотосинтеза энергия Солнца превращается в химическую энергию АТФ

4. в состав АТФ входят урацил, дезоксирибоза, три остатка фосфорной кислоты

74. Дж. Уотсон и Ф. Крик создали

1. клеточную теорию

2. законы наследственности

3. модель ДНК

4. теорию мутагенеза

75. Из названных пар организмов к фотосинтезу способны

1. трутовик и бактериофаг

2. ольха и хламидомонада

3. печеночная лямблия и аскарида

4. амеба и инфузория

76. Процесс образования углеводов в растительных клетках происходит в

1. хлоропластах

2. кристах митохондрий

3. аппарате Гольджи

4. рибосомах

77. Материальным носителем наследственной информации в эукариотической клетке является

1. и-РНК

2. т-РНК

3. ДНК

4. р-РНК

78. В состав ДНК НЕ входит нуклеотид

1. тимин

2. урацил

3. гуанин

4. цитозин

79. В гаметах

1. диплоидный набор хромосом

2. гаплоидный набор хромосом

3. триплоидный набор хромосом

4. тетраплоидный набор хромосом

80. Если нуклеотидный состав ДНК – АТТ — ГЦГ – ТАТ, то нуклеотидный состав и-РНК

1. ТАА-ЦГЦ-ЦТА

2. ТАА-ГЦГ-УТУ

3. УАА-ЦГЦ-АУА

4. УАА-ЦГЦ-АТА

81. Транскрипция – это процесс

1. репликации ДНК

2. синтеза и-РНК

3. синтеза белка

4. присоединения т-РНК к аминокислоте

82. Синтез и-РНК происходит в

1. цитоплазме

2. ядре

3. ядрышке

4. рибосоме

83. Результатом митоза НЕ является

1. сохранение наследственных признаков в дочерних клетках

2. рост организма

3. генетическое разнообразие организмов

4. заживление ран

84. Наиболее длительной фазой в жизненном цикле клетки является

1. профаза

2. метафаза

3. анафаза

4. интерфаза

85. В результате митоза образуется ядро

1. зиготы домовой мухи

2. яйцеклетки кровы

3. сперматозоида окуня

4. клетки стебля гороха

86. Недостаток полноценных белков в пище ребенка приводит к

1. замедлению роста

2. нарушению формирования скелета

3. нарушению работы внутренних органов

4. авитаминозу

87. Форма клеток чаще всего соотносится с их

1. местонахождением

2. функцией

3. количеством органоидов

4. скоростью деления

88. Сходство яйцеклетки и сперматозоида у млекопитающих состоит в

1. наличие у них диплоидного набора хромосом

2. наличие у них гаплоидного набора хромосом

3. одинаковой форме

4. одинаковом внутреннем строении

89. Если к капле крови человека добавить каплю 10%-го раствора хлорида натрия, то эритроциты

1. не изменятся

2. лопнут

3. сморщатся

4. склеятся

90. Лишним является термин

1. рибосома

2. аминокислота

3. РНК

4. ДНК

91. В поле зрения микроскопа обнаружены клетки округлой формы с тонкими оболочками, в них много пигмента красного цвета – это

1. яйцеклетки

2. эритроциты

3. дрожжи

4. бактерии

92. В соматических клетках домашней мухи содержится 12 хромосом, а в половых-

1. 12

2. 10

3. 24

4. 6

93. Химическим элементом, который аккумулируют водоросли, является

1. кислород

2. йод

3. фтор

4. магний

94. Исключите лишнее понятие

1. гемоглобин

2. миоглобин

3. лактоза

4. инсулин

95. Аденину в молекуле ДНК комплементарен

1. гуанин

2. цитозин

3. тимин

4. урацил

96. Вирус, поражающий бактерии — это

1. капсид

2. бактериофаг

3. вирион

4. вибрион

97. Вирусы — это

1. факультативные паразиты

2. комменсалы

3. облигатные паразиты

4. свободноживущие организмы

98. Для животных и грибов характерен углевод

1. крахмал

2. сахароза

3. агар-агар

4. хитин

99. В воде нерастворим углевод

1. сахароза

2. мальтоза

3. глюкоза

4. целлюлоза

100. В образовании первичной структуры белка участвует

1. 10 типов аминокислот

2. 15 типов аминокислот

3. 20 типов аминокислот

4. 25 типов аминокислот

101. В состав РНК входит

1. рибоза

2. дезоксирибоза

3. сахароза

4. мальтоза

102. Любой клетке принадлежит свойство

1. образование гамет

2. проведение нервного импульса

3. фагоцитоз

4. обмен веществ

103. Развитие клеточной теории в 18-19 в. в. связано с развитием

1. физики

2. микроскопии

3. химии

4. философии

104. В состав мембран НЕ входят

1. липиды

2. белки

3. нуклеиновые кислоты

4. углеводы

105. Единым для всех живущих на Земле организмов является

1. ядро

2. генетический код

3. состав веществ

4. фотосинтез

106. Исключите лишнее понятие

1. автотрофы

2. гетеротрофы

3. гетерозиготы

4. хемотрофы

107. При пластическом обмене происходит

1. распад органических веществ

2. синтез неорганических веществ

3. синтез органических веществ

4. фотолиз воды

108. Материальный носитель генетической информации в эукариотических клетках

1. м-РНК

2. р-РНК

3. т- РНК

4. ДНК

109. В гене зашифрована информация о

1. строении белков, жиров и углеводов

2. первичной структуре белковой молекулы

3. последовательности нуклеотидов в ДНК

4. последовательности нуклеотидов в м-РНК

110. В соматических клетках многоклеточного организма

1. гаплоидный набор хромосом

2. диплоидный набор хромосом

3. различный набор хромосом

4. непостоянный набор хромосом

111. Транскрипция заключается в

1. синтезе белка

2. синтезе ДНК

3. синтезе м-РНК на ДНК-матрице

4. перемещении т-РНК

112. Во всех реакциях процесса биосинтеза непременными участниками являются

Калиевый канал (KCNJ11).

Выявление мутации C67T (Lys23Gln)

Маркер связан с изменением структуры клеточных калиевых каналов. Исследуется для выявления генетической предрасположенности к сахарному диабету 2-го типа, для оценки адаптации сердечно-сосудистой системы к физическим нагрузкам и стрессу.

Метод исследования

Полиморфизм длин рестрикционных фрагментов.

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Венозную кровь, буккальный (щечный) эпителий.

Как правильно подготовиться к исследованию?

Специальной подготовки не требуется.

Название гена –  KCNJ11

OMIM *600937

Локализация гена на хромосоме  – 11p15.1

Функция гена

Ген KCNJ11 кодирует белок, входящий в состав АТФ-зависимых К+-каналов панкреатических бета-клеток, которые играют ключевую роль в секреции инсулина. 

Генетический маркер C67T 

Участок ДНК гена KCNJ11, в котором происходит замена цитозина (С) на тимин (T) в позиции 67, называется генетическим маркером C67T. В результате такой замены аминокислота лизин в позиции 23 аминокислотной последовательности белка замещается на глутамин (Lys23Gln).

Возможные генотипы

• С/С
• С/Т
• Т/Т

Встречаемость в популяции

Встречаемость Т-аллеля в европейской популяции составляет 34  %.

Ассоциация маркера с заболеваниями

• Сахарный диабет 2-го типа

Общая информация об исследовании

Повышенный уровень глюкозы в крови (гипергликемия) – основная причина сахарного диабета 2-го типа вследствие сочетания неблагоприятных приобретенных (избыточный вес, неправильное питание, стрессы, гормональные нарушения) и наследственных факторов. Сахарный диабет проявляется, прежде всего, увеличением содержания глюкозы в крови и понижением способности тканей захватывать и утилизировать глюкозу.

У больных сахарным диабетом 2-го типа часто происходят изменения в гене KCNJ11, который кодирует белок, входящий в состав АТФ-зависимых калиевых каналов, регулирующих поток ионов калия через клеточную мембрану в бета-клетках поджелудочной железы. Эти каналы выполняют важную роль в регуляции секреции инсулина, помогая контролировать уровень сахара. Закрытие каналов в ответ на повышение уровня глюкозы инициирует высвобождение инсулина из бета-клеток, открытие – ингибирует.

Участок ДНК гена KCNJ11, в котором может происходить замена цитозина (С) на тимин (T) в позиции 67 нуклеотидной последовательности, называется генетическим маркером C67T. В результате такой замены аминокислота лизин в позиции 23 аминокислотной последовательности белка замещается на глутамин (Lys23Gln), что изменяет структуру белка, препятствует закрытию каналов и приводит к снижению секреции инсулина из бета-клеток и нарушению контроля уровня сахара в крови.

Многими исследователями показана ассоциация аллеля Т с диабетом 2-го типа. Например, было выявлено, что гомозиготность по аллелю Т (генотип Т/Т) в 2 раза чаще встречается у больных сахарным диабетом по сравнению со здоровыми людьми (частотность генотипов составила 27  % и 14  % соответственно).

Таким образом, определение ассоциированной с геном KCNJ11 предрасположенности к гипергликемии позволяет оценить риск заболевания диабетом и предотвратить его развитие (сахароснижающая терапия).

Проводились исследования, оценивающие ассоциацию генотипа по гену KCNJ11 и адаптацию сердечно-сосудистой системы к физическим нагрузкам и стрессу. Было выявлено, что у пациентов с дилатационной кардиомиопатией (заболеванием миокарда, при котором растягиваются полости сердца, что влечет за собой развитие сердечной неостаточности) с генотипом Т/Т сердечный ритм при подобранной рабочей нагрузке увеличивается слабее, чем у пациентов с С/С- и С/Т-генотипами. Можно предполагать, что аллель С ассоциирован с более эффективным ответом организма на тренировки.

Интерпретация результатов

Оценка генотипа по маркеру:

С/С – нормальная работа АТФ-зависимых калиевых каналов в бета-клетках поджелудочной железы

C/T и Т/Т – нарушение работы АТФ-зависимых калиевых каналов в бета-клетках поджелудочной железы, риск повышения уровня глюкозы

Результаты исследования должны интерпретироваться врачом в комплексе с другими генетическими, анамнестическими, клиническими и лабораторными данными.

Генетический маркер входит в исследование:

• Генетический риск развития гипергликемии

Важные замечания

Для данного маркера не существует понятия «норма» и «патология», т. к. исследуется полиморфизм гена.

Литература

• Hani, E. H., Boutin, P., Durand, E., Inoue, H., Permutt, M. A., Velho, G., Froguel, P. Missense mutations in the pancreatic islet beta cell inwardly rectifying K+ channel gene (KIR6.2/BIR): a meta-analysis suggests a role in the polygenic basis of type II diabetes mellitus in Caucasians. Diabetologia 41: 1511-1515, 1998. [PMID: 9867219]
• Reyes, S., Park, S., Johnson, B. D., Terzic, A., Olson, T. M. K(ATP) channel Kir6.2 E23K variant overrepresented in human heart failure is associated with impaired exercise stress response. Hum. Genet. 126: 779-789, 2009. [PMID: 19685080]

Аденозинтрифосфат – Биология человека

Тема 4: Как диета, физические упражнения и вес влияют на здоровье?

Почти все химические реакции в клетках человека требуют энергии. Откуда в клетке берется энергия для таких реакций? Ответ кроется в молекуле, поставляющей энергию, которую ученые называют аденозинтрифосфатом или АТФ . Это небольшая, относительно простая молекула ( Рисунок 1 ), но внутри некоторых связей она содержит потенциал для быстрого выброса энергии, которую можно использовать для выполнения клеточной работы. Думайте об этой молекуле как об основной энергетической валюте клеток, примерно так же, как деньги — это валюта, которую люди обменивают на вещи, которые им нужны. АТФ поддерживает большинство энергозатратных клеточных реакций.

 

Рисунок 1. АТФ — это первичная энергетическая валюта клетки. Он имеет аденозиновый остов с тремя присоединенными фосфатными группами.

 

Как следует из названия, аденозинтрифосфат состоит из аденозина, связанного с тремя фосфатными группами ( Рисунок 1 ). Аденозин представляет собой нуклеозид, состоящий из азотистого основания аденина и пятиуглеродного сахара рибозы. Три фосфатные группы, расположенные в порядке убывания от рибозного сахара, представляют собой альфа, бета и гамма. Вместе эти химические группы составляют энергетическую электростанцию. Однако не все связи внутри этой молекулы находятся в особо высокоэнергетическом состоянии. Обе связи, связывающие фосфаты, являются одинаково высокоэнергетическими ( фосфоангидридные связи ), которые при разрыве высвобождают достаточно энергии для питания различных клеточных реакций и процессов. Эти высокоэнергетические связи представляют собой связи между второй и третьей (или бета и гамма) фосфатными группами и между первой и второй фосфатными группами. Эти связи являются «высокоэнергетическими», поскольку продукты разрыва такой связи — аденозиндифосфат (АДФ) и одна неорганическая фосфатная группа (P _i ) — имеют значительно меньшую свободную энергию, чем реагенты: АТФ и молекула воды. Поскольку эта реакция происходит с использованием молекулы воды, это реакция гидролиза. Другими словами, АТФ гидролизуется в АДФ в следующей реакции:

АТФ + H ₂ O → АДФ + Pi + свободная энергия

Как и большинство химических реакций, гидролиз АТФ в АДФ является обратимым. Обратная реакция регенерирует АТФ из АДФ + Р _и . Клетки полагаются на регенерацию АТФ так же, как люди полагаются на регенерацию потраченных денег за счет какого-то дохода. Поскольку гидролиз АТФ высвобождает энергию, регенерация АТФ требует затрат свободной энергии. Это уравнение выражает образование АТФ:

АДФ + Pi + свободная энергия → АТФ + H ₂ O

АТФ — очень нестабильная молекула. Если АТФ быстро не используется для выполнения работы, она спонтанно диссоциирует на АДФ + Р _и , а освобождающаяся при этом свободная энергия теряется в виде тепла. Клетки могут использовать энергию, высвобождаемую во время гидролиза АТФ, используя энергетическую связь, когда процесс гидролиза АТФ связан с другими процессами в клетке. Один из примеров энергетического сопряжения с использованием АТФ включает трансмембранный ионный насос, который чрезвычайно важен для клеточной функции. Этот натрий-калиевый насос (Na ⁺ /K ⁺  насос) выталкивает натрий из клетки и калий в клетку ( Рисунок 2 ). Этот насос питает большой процент АТФ клетки, потому что клеточные процессы приносят значительное количество натрия в клетку и выводят из нее калий. Насос работает постоянно, чтобы стабилизировать клеточные концентрации натрия и калия. Чтобы насос совершил один цикл (выведение трех ионов Na+ и ввоз двух ионов K ⁺ ), одна молекула АТФ должна гидролизоваться. Когда АТФ гидролизуется, его гамма-фосфат не просто уплывает, а фактически переносится на белок насоса. Ученые называют этот процесс связывания фосфатной группы с молекулой фосфорилированием. Как и в большинстве случаев гидролиза АТФ, фосфат из АТФ переносится на другую молекулу. В фосфорилированном состоянии Na ⁺ /K ⁺  насос имеет больше свободной энергии и запускает конформационные изменения (изменение формы белка). Это изменение позволяет ему высвобождать Na ⁺ наружу клетки. Затем он связывает внеклеточный K ⁺ , что посредством другого конформационного изменения вызывает отсоединение фосфата от помпы. Это высвобождение фосфата запускает высвобождение K ⁺ внутрь клетки. По существу, энергия, высвобождаемая при гидролизе АТФ, сочетается с энергией, необходимой для питания насоса и транспортировки Na9.ионов 0051 + и K ⁺ . АТФ выполняет клеточную работу, используя эту основную форму энергетического взаимодействия посредством фосфорилирования.

 

ВИЗУАЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ Рис. 2. Натриево-калиевый насос является примером энергетической связи. Энергия, полученная в результате экзергонического гидролиза АТФ, перекачивает ионы натрия и калия через клеточную мембрану.

 

Часто во время клеточных метаболических реакций, таких как синтез и расщепление питательных веществ, некоторые молекулы должны немного изменить свою конформацию, чтобы стать субстратами для следующего шага в серии реакций. Например, на самых первых этапах клеточного дыхания, когда в процессе гликолиза расщепляется молекула сахара-глюкозы. На первом этапе АТФ требуется для фосфорилирования глюкозы, создавая высокоэнергетический, но нестабильный промежуточный продукт. Эта реакция фосфорилирования вызывает конформационные изменения, которые позволяют фосфорилированной молекуле глюкозы превращаться в фосфорилированную сахарную фруктозу. Фруктоза является необходимым промежуточным звеном для продвижения гликолиза. Здесь экзергоническая реакция гидролиза АТФ сочетается с эндергонической реакцией превращения глюкозы в фосфорилированное промежуточное соединение в пути. И снова энергия, высвобождаемая при разрыве фосфатной связи в АТФ, использовалась для фосфорилирования другой молекулы, создания нестабильного промежуточного продукта и запуска важного конформационного изменения.

 

Ссылка на обучение

См. интерактивную анимацию процесса гликолиза с выработкой АТФ на этом сайте.

*

Резюме раздела

АТФ является основной энергоснабжающей молекулой живых клеток. АТФ состоит из нуклеотида, пятиуглеродного сахара и трех фосфатных групп. Связи, соединяющие фосфаты (фосфоангидридные связи), обладают высокой энергоемкостью. Энергия, выделяющаяся при гидролизе АТФ в АДФ + Р _i  выполняет сотовую связь. Клетки используют АТФ для выполнения работы, соединяя экзергоническую реакцию гидролиза АТФ с эндергоническими реакциями. АТФ передает свою фосфатную группу другой молекуле посредством фосфорилирования. Фосфорилированная молекула находится в более энергетическом состоянии и менее стабильна, чем ее нефосфорилированная форма, и эта добавленная энергия от фосфата позволяет молекуле пройти эндергоническую реакцию.

*

Глоссарий

ATP

аденозинтрифосфат, энергетическая валюта клетки

фосфоангидридная связь

связь, соединяющая фосфаты в молекуле АТФ

6.

4 АТФ: аденозинтрифосфат | Texas Gateway

Соединение для AP

^® Курсы

Аденозинтрифосфат или АТФ является источником энергии , валютой или переносчиком клетки. Когда клеткам требуется вход энергии, они используют АТФ. Нуклеотидная молекула АТФ состоит из пятиуглеродного сахара, азотистого основания аденина и трех фосфатных групп. Не путайте АТФ с нуклеотидами ДНК и РНК, хотя они имеют структурное сходство. Связи, соединяющие фосфат, обладают высокой энергоемкостью, а энергия, выделяющаяся при гидролизе АТФ до АДФ + Р _i (аденозиндифосфат + пирофосфат) используется для выполнения клеточной работы, такой как сокращение мышц или перекачивание растворенного вещества через клеточную мембрану при активном транспорте. Клетки используют АТФ, соединяя экзергоническую реакцию гидролиза АТФ с эндергоническими реакциями, при этом АТФ передает свою фосфатную группу другой молекуле посредством процесса, называемого фосфорилированием. Фосфорилированная молекула находится в более высоком энергетическом состоянии и менее стабильна, чем ее нефосфорилированная форма, и свободная энергия выделяется субстратам для выполнения работы во время этого процесса. Фосфорилирование является примером передачи энергии между молекулами.

Представленная информация и примеры, выделенные в разделе, поддерживают концепции и цели обучения, изложенные в Большой идее 2 структуры учебного плана по биологии AP ^® . Цели обучения, перечисленные в структуре учебного плана, обеспечивают прозрачную основу для курса биологии AP ^® , основанного на запросах лабораторного опыта, учебных занятий и экзаменационных вопросов AP ^® . Цель обучения объединяет необходимый контент с одной или несколькими из семи научных практик.

Second left cell reads: Science Practice. Second right cell reads: 6.2 The student can construct explanations of phenomena based on evidence produced through scientific practices. Third left cell reads: Learning Objective. Third right cell reads: 2.1 The student is able to explain how biological systems use free energy based on empirical data that all organisms require constant energy input to maintain organization, to grow, and to reproduce.»>

Большая идея 2	Биологические системы используют свободную энергию и молекулярные строительные блоки для роста, размножения и поддержания динамического гомеостаза.
Прочное понимание 2.A	Для роста, размножения и поддержания живых систем требуется свободная энергия и материя.
Основные знания	2.А.1 Все живые системы требуют постоянного поступления свободной энергии.
Научная практика	6,2 Учащийся может строить объяснения явлений на основе данных, полученных в результате научной практики.
Цель обучения	2.1 Учащийся может объяснить, как биологические системы используют свободную энергию, основываясь на эмпирических данных о том, что всем организмам требуется постоянное потребление энергии для поддержания организации, роста и воспроизводства.

Вспомогательное пособие по оценке научной практики содержит дополнительные тестовые вопросы для этого раздела, которые помогут вам подготовиться к экзамену AP ^® . Эти вопросы касаются следующих стандартов:

• [APLO 2.2]
• [АПЛ 4.14]
• [APLO 2.7]
• [APLO 2.35]

Даже экзергонические реакции с высвобождением энергии требуют для своего протекания небольшого количества энергии активации. Однако рассмотрим эндергонические реакции, которые требуют гораздо большего количества энергии, потому что их продукты имеют больше свободной энергии, чем их реагенты. Откуда в клетке берется энергия для таких реакций? Ответ заключается в энергетической молекуле, называемой аденозинтрифосфатом, или АТФ. АТФ представляет собой небольшую, относительно простую молекулу (рис. 6.13), но в некоторых своих связях она содержит потенциал для быстрого выброса энергии, которую можно использовать для выполнения клеточной работы. Эту молекулу можно рассматривать как первичную энергетическую валюту клеток во многом так же, как деньги — это валюта, которую люди обменивают на необходимые им вещи. АТФ используется для питания большинства энергозатратных клеточных реакций.

Рис. 6.13 АТФ является основной энергетической валютой клетки. Он имеет аденозиновый остов с тремя присоединенными фосфатными группами.

Как следует из названия, аденозинтрифосфат состоит из аденозина, связанного с тремя фосфатными группами (рис. 6.13). Аденозин представляет собой нуклеозид, состоящий из азотистого основания аденина и пятиуглеродного сахара рибозы. Три фосфатные группы, расположенные в порядке убывания от рибозного сахара, обозначены как альфа, бета и гамма. Вместе эти химические группы составляют энергетическую электростанцию. Однако не все связи внутри этой молекулы находятся в особо высокоэнергетическом состоянии. Обе связи, связывающие фосфаты, представляют собой в равной степени высокоэнергетические связи — фосфоангидридные связи, — которые при разрыве высвобождают достаточно энергии для запуска различных клеточных реакций и процессов. Эти высокоэнергетические связи представляют собой связи между второй и третьей или бета- и гамма-фосфатными группами и между первой и второй фосфатными группами. Причина, по которой эти облигации считаются высокоэнергетический объясняется тем, что продукты разрыва такой связи — аденозиндифосфат (АДФ) и одна неорганическая фосфатная группа (P _i ) — имеют значительно меньшую свободную энергию, чем реагенты: АТФ и молекула воды. Поскольку эта реакция происходит с использованием молекулы воды, она считается реакцией гидролиза. Другими словами, АТФ гидролизуется в АДФ в следующей реакции:

АТФ+h3O→АДФ+Pi+свободная энергия АТФ+h3O→АДФ+Pi+свободная энергия размер 12{{АТФ} + H rSub { размер 8{2} } O ADP + P rSub {размер 8{i}} + {свободная энергия} } {}

Как и большинство химических реакций, гидролиз АТФ в АДФ является обратимым. Обратная реакция регенерирует АТФ из АДФ + Р _и . Действительно, клетки полагаются на регенерацию АТФ так же, как люди полагаются на регенерацию потраченных денег за счет какого-либо дохода. Поскольку гидролиз АТФ высвобождает энергию, регенерация АТФ требует затрат свободной энергии. Образование АТФ выражается в следующем уравнении: {размер 8{i}} + {свободная энергия} } {}

В отношении использования АТФ в качестве источника энергии остаются два важных вопроса. Сколько именно свободной энергии высвобождается при гидролизе АТФ и как эта свободная энергия используется для работы клеток? Рассчитанная ∆G для гидролиза одного моля АТФ в АДФ и P _i составляет -7,3 ккал/моль (-30,5 кДж/моль). Поскольку этот расчет верен в стандартных условиях, можно было бы ожидать, что в клеточных условиях существует другое значение. На самом деле ∆G гидролиза одного моля АТФ в живой клетке почти вдвое превышает значение в стандартных условиях: 14 ккал/моль (-57 кДж/моль).

АТФ — очень нестабильная молекула. Если АТФ быстро не используется для выполнения работы, она спонтанно диссоциирует на АДФ + Р _и , а освобождающаяся при этом свободная энергия теряется в виде тепла. Второй поставленный выше вопрос, а именно то, как энергия, высвобождаемая при гидролизе АТФ, используется для выполнения работы внутри клетки, зависит от стратегии, называемой энергетической связью. Клетки соединяют экзергоническую реакцию гидролиза АТФ с эндергоническими реакциями, позволяя им протекать. Один из примеров энергетического сопряжения с использованием АТФ включает трансмембранный ионный насос, который чрезвычайно важен для клеточной функции. Этот натрий-калиевый насос, Na 9Насос 0051 + /К ⁺ выгоняет натрий из клетки и калий в клетку (рис. 6.14). Большой процент АТФ клетки тратится на питание этого насоса, потому что клеточные процессы приносят в клетку большое количество натрия и калия из клетки. Насос работает постоянно, чтобы стабилизировать клеточные концентрации натрия и калия. Для того чтобы насос совершил один цикл — экспортируя три иона Na+ и импортируя два иона K ⁺ , — одна молекула АТФ должна быть гидролизована. Когда АТФ гидролизуется, его гамма-фосфат не просто уплывает, а фактически переносится на белок насоса. Этот процесс связывания фосфатной группы с молекулой называется фосфорилированием. Как и в большинстве случаев гидролиза АТФ, фосфат от АТФ переносится на другую молекулу. В фосфорилированном состоянии Na 9Насос 0051 + /K ⁺ имеет больше свободной энергии и запускается, чтобы претерпеть конформационные изменения. Это изменение позволяет высвобождать Na ⁺ за пределы клетки. Затем он связывает внеклеточный K ⁺ , что посредством другого конформационного изменения вызывает отсоединение фосфата от помпы. Это высвобождение фосфата вызывает высвобождение K ⁺ внутрь клетки. По существу, энергия, высвобождаемая при гидролизе АТФ, связана с энергией, необходимой для питания насоса и транспортировки Na9.ионы 0051 + и К ⁺ . АТФ выполняет клеточную работу, используя эту основную форму энергетического взаимодействия посредством фосфорилирования.

Визуальное соединение

Рис. 6.14. Натриево-калиевый насос является примером энергетической связи. Энергия, полученная в результате экзергонического гидролиза АТФ, используется для перекачивания ионов натрия и калия через клеточную мембрану.

При гидролизе одной молекулы АТФ выделяется 7,3 ккал/моль энергии (ΔG=-7,3 ккал/моль энергии). Если для перемещения одного Na+ через мембрану требуется 2,1 ккал/моль энергии (ΔG=+2,1 ккал/моль энергии), то какое максимальное количество ионов натрия может быть перемещено при гидролизе одной молекулы АТФ?

1. пять
2. четыре
3. три
4. два

Часто во время клеточных метаболических реакций, таких как синтез и расщепление питательных веществ, некоторые молекулы должны слегка изменить свою конформацию, чтобы стать субстратами для следующего шага в серии реакций. Например, на самых первых этапах клеточного дыхания, когда молекула сахара-глюкозы расщепляется в процессе гликолиза. На первом этапе этого процесса АТФ требуется для фосфорилирования глюкозы с образованием высокоэнергетического, но нестабильного промежуточного продукта. Эта реакция фосфорилирования вызывает конформационные изменения, которые позволяют фосфорилированной молекуле глюкозы превращаться в фосфорилированную сахарную фруктозу. Фруктоза является необходимым промежуточным звеном для продвижения гликолиза. Здесь экзергоническая реакция гидролиза АТФ сочетается с эндергонической реакцией превращения глюкозы в фосфорилированное промежуточное соединение в этом пути. И снова энергия, высвобождаемая при разрыве фосфатной связи в АТФ, использовалась для фосфорилирования другой молекулы, создавая нестабильное промежуточное соединение и вызывая важное конформационное изменение.

Ссылка на обучение

См. интерактивную анимацию процесса гликолиза с образованием АТФ на этом сайте.